Introduzione
La morfologia, una delle scienze della vita, studia le caratteristiche esteriori di un organismo: la sua anatomia, forma e aspetto. Uno dei primi passi nell’identificazione di un organismo è l’esame di queste caratteristiche prominenti; questo aiuta a distinguere una specie dall’altra e a identificare nuove specie o sottospecie. La morfologia può anche essere studiata su una scala molto più piccola, indagando specifici organi, tessuti o tipi di cellule.
La capacità di confrontare la morfologia di due organismi è un’importante abilità di base per gli scienziati della vita. L’osservazione e il confronto semplici e attenti hanno portato, per esempio, alla maggior parte delle scoperte nel campo della paleontologia e alla scoperta che le balene sono mammiferi.
Sfondo storico e scientifico
Dall’antichità al Rinascimento, le leggi e i tabù culturali impedirono ai medici di sezionare i corpi umani. Le loro conoscenze anatomiche provenivano dalla chirurgia, dal trattamento di ferite e lesioni gravi, e dalle dissezioni di animali. In un certo senso, la maggior parte delle prime indagini di anatomia umana erano esercizi di morfologia comparativa. Poiché l’indagine diretta non era possibile, i medici riempivano le lacune nella loro conoscenza con il confronto con modelli animali.
Uno di questi fu il medico romano Galeno di Pergamo (129-216 d.C.), che fu molto rispettato per i suoi scritti di medicina e anatomia. Nonostante i molti errori creati dalla sua incapacità di condurre dissezioni umane, Galeno fu la migliore fonte di informazioni anatomiche fino al Rinascimento. Egli incoraggiò i medici ad essere curiosi e ad indagare da soli. Nonostante questa esortazione, tuttavia, il suo lavoro rimase incontrastato per più di 1.000 anni.
Andreas van Wesel (1514-1564), conosciuto più comunemente con il suo nome latinizzato Vesalius, fu tra i primi medici a mettere in discussione l’autorità di Galeno. Era nato all’inizio del XVI secolo in un’importante famiglia medica olandese che aveva servito a lungo i Sacri Romani Imperatori. All’inizio della sua carriera Vesalio iniziò ad eseguire dissezioni umane, sfidando il dominio di Galeno con i risultati. Poiché Galeno non aveva mai sezionato un cadavere umano, Vesalio pubblicò delle correzioni ai suoi scritti, mostrando molti difetti nati dal cieco confronto tra uomini e animali.
IN CONTESTO: GLI STUDI ANIMALI INFLUENZANO IL PENSIERO MEDICO ANTICO
La comprensione medievale del sistema nervoso era sostanzialmente limitata alle osservazioni dell’anatomia animale, temperata dalle filosofie prevalenti fin dall’antichità. L’influenza del medico greco Galeno di Pergamo (129-216 d.C.) sulla teoria e la pratica medica fu dominante in Europa per tutto il Medioevo e nel Rinascimento. Galeno riteneva che i migliori medici fossero anche filosofi, e che la filosofia promuovesse la medicina. La tradizione galenica sosteneva che la malattia era il risultato di uno squilibrio dei fluidi del corpo, o umori. Mentre sezionava i vitelli, Galeno notò una rete di nervi e vasi alla base del cervello del vitello che erroneamente suppose esistesse anche negli esseri umani. Galeno etichettò quest’area come la rete mirabile, e affermò che questo era il luogo in cui gli spiriti vitali si trasformavano in spiriti animali dell’uomo. Dopo l’avvento del cristianesimo, questi spiriti furono unificati nel concetto di anima cristiana, e i medici discussero sulla base dell’anima nel corpo umano, presumibilmente nel cuore o nel cervello.
Influenza su altri campi di studio
Una delle prime scoperte in paleontologia fu resa possibile dall’uso della morfologia comparativa. Nel 1666 dei pescatori italiani catturarono un grande squalo. Fu inviato a Niels Steensen (1648-1686), meglio conosciuto con il suo nome italiano, Nicolaus Steno, che era un anatomista danese che lavorava a Firenze. Esaminando i denti dello squalo, Steno notò che erano molto simili alle cosiddette “pietre della lingua”, piccole pietre triangolari che erano state trovate da tempo nella terra. Steno si rese conto che queste pietre erano denti di squalo fossilizzati, e che nel tempo il materiale vivente era stato sostituito dalla pietra.
La morfologia comparativa ha anche giocato un ruolo importante nella prima classificazione delle specie animali e vegetali. Il naturalista svedese Carl Linnaeus (1707-1778; conosciuto anche come Carolus Linnaeus o Carl Linné) sviluppò il primo sistema coerente per classificare gli organismi, in particolare le piante. Il suo sistema era basato sulle caratteristiche degli organi sessuali maschili e femminili delle piante. Le raggruppò per tipo e poi compilò gruppi più ampi basati su caratteristiche condivise, basandosi molto sulla morfologia comparativa. Il lavoro di Linneo permise di classificare sistematicamente un vasto numero di piante e animali, basandosi non su categorie artificiali (come gli animali domestici) ma su tratti comuni. Il suo lavoro ha costituito la base della tassonomia moderna; il suo metodo di morfologia comparativa è ancora il punto di partenza per la classificazione.
Connessioni culturali moderne
Confrontare le caratteristiche di un organismo con un altro aiuta gli scienziati a imparare su entrambi. Mentre la logica decreta che quelli con la morfologia più simile sono più strettamente correlati, la selezione naturale a volte dà agli organismi non correlati forme simili.
Strutture che si sviluppano in modi simili perché condividono un’origine comune sono chiamate omologhe. Le appendici anteriori della maggior parte dei mammiferi sono un tipo molto ampio di struttura omologa. Quelle che non nascono da un’origine simile sono strutture analoghe. Queste si sviluppano quando un ambiente simile esercita pressioni evolutive simili su organismi diversi; esempi sono la forma simile di delfini e pesci, o le ali di uccelli e pipistrelli. Un esempio eclatante di omologia evolutiva (adattamento convergente) è la somiglianza tra gli occhi di animali in diversi phyla zoologici, come calamari e polpi, che sono molluschi, e quelli dei vertebrati, compresi gli animali e gli esseri umani.
La morfologia comparativa fornisce anche un supporto alla teoria dell’evoluzione. Studiando sia gli organismi viventi che i fossili dei loro antenati estinti, gli zoologi e i paleontologi possono trarre conclusioni sulle loro origini. Studiando i fossili, gli scienziati possono vedere come gli elefanti si sono evoluti da piccoli animali senza tronco, o come le balene si sono evolute da mammiferi terrestri quadrupedi, perdendo le loro zampe posteriori quando si sono adattate alla vita nel mare.
Alcune delle prove più forti dell’evoluzione provengono da studi comparativi – confrontando le somiglianze strutturali degli organismi per determinare le loro relazioni evolutive. Gli organismi con caratteristiche anatomiche simili si presume che siano relativamente vicini evolutivamente, e si presume che condividano un antenato comune. Come risultato dello studio delle relazioni evolutive, le somiglianze e le differenze anatomiche sono fattori importanti nel determinare e stabilire la classificazione degli organismi.
Alcuni organismi hanno strutture anatomiche che sono molto simili nello sviluppo embriologico e nella forma, ma molto diverse nella funzione. Queste sono chiamate strutture omologhe. Poiché queste strutture sono così simili, indicano una relazione evolutiva e un antenato comune delle specie che le possiedono. Un chiaro esempio di strutture omologhe è l’arto anteriore dei mammiferi. Se esaminati da vicino, gli arti anteriori di uomini, balene, cani e pipistrelli sono tutti molto simili nella struttura. Ognuno possiede lo stesso numero di ossa, disposte quasi nello stesso modo. Mentre hanno caratteristiche esterne diverse e funzionano in modi diversi, lo sviluppo embriologico e le somiglianze anatomiche nella forma sono impressionanti. Confrontando l’anatomia di questi organismi, gli scienziati hanno determinato che essi condividono un antenato evolutivo comune e, in senso evolutivo, sono relativamente strettamente correlati.
Altri organismi hanno strutture anatomiche che funzionano in modi molto simili ma sono molto diversi morfologicamente e nello sviluppo. Queste sono chiamate strutture analoghe. Poiché queste strutture sono così diverse, anche se hanno la stessa funzione, non indicano che ci sia una relazione evolutiva, né che le due specie condividano un antenato comune. Per esempio, le ali di un uccello e di una libellula hanno entrambe la stessa funzione: aiutano l’organismo a volare. Tuttavia, quando si confronta l’anatomia di queste ali, sono molto diverse. L’ala dell’uccello ha delle ossa all’interno ed è coperta di piume, mentre l’ala della libellula manca di entrambe queste strutture. Sono strutture analoghe. Quindi, confrontando l’anatomia di questi organismi, gli scienziati hanno determinato che gli uccelli e le libellule non condividono un antenato evolutivo comune, o che, in senso evolutivo, sono strettamente correlati. Strutture analoghe sono la prova che questi organismi si sono evoluti lungo linee separate.
Le strutture vestigiali sono caratteristiche anatomiche che sono ancora presenti in un organismo (anche se spesso di dimensioni ridotte) anche se non hanno più una funzione. Quando si confronta l’anatomia di due organismi, la presenza di una struttura in uno e una struttura correlata, anche se vestigiale, nell’altro è la prova che gli organismi condividono un comune antenato evolutivo, e che, in senso evolutivo, sono relativamente strettamente correlati. Le balene, che si sono evolute da mammiferi terrestri, hanno ossa vestigiali delle gambe posteriori nel loro corpo. Anche se non usano più queste ossa nel loro habitat marino, esse indicano che le balene condividono una relazione evolutiva con i mammiferi terrestri. Gli esseri umani hanno più di 100 strutture vestigiali nel loro corpo.
La morfologia comparativa è uno strumento importante che aiuta a determinare le relazioni evolutive tra gli organismi e se condividono o meno antenati comuni. Tuttavia, è anche una prova importante per l’evoluzione. Le somiglianze anatomiche tra gli organismi supportano l’idea che questi organismi si siano evoluti da un antenato comune. Così, il fatto che tutti i vertebrati abbiano quattro arti e sacche branchiali in qualche parte del loro sviluppo indica che i cambiamenti evolutivi si sono verificati nel tempo, con conseguente diversità osservata oggi.
Vedi anche Biologia: Botanica; Biologia: Sistemi di classificazione; Biologia: Morfologia comparata: Studi di struttura e funzione; Biologia: Concetti di ereditarietà e cambiamento prima della nascita della teoria dell’evoluzione; Biologia: Teoria dell’evoluzione; Biologia: Paleontologia; Biologia: Zoologia.
bibliografia
Siti web
California State University, Stanislaus. Dipartimento di Biologia. “Introduzione all’evoluzione: Anatomia comparata”. http://arnica.csustan.edu/biol3020/anatomy/anatomy.htm (consultato il 26 gennaio 2008).
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Kenneth T. LaPensee